專利名稱：高爐渣余熱發(fā)電裝置及發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鐵高爐渣的余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高爐渣余熱發(fā)電裝置及發(fā)電方法，適用于高溫鐵水的余熱回收。
背景技術(shù)：
鋼鐵工業(yè)是耗能大戶?；厥丈a(chǎn)中的余熱是降低能耗的主要措施。高爐生產(chǎn)中每一噸鐵大約產(chǎn)生0. 3 0. 4噸渣。高爐渣具有很高的溫度約 1500°c，高爐渣的熱焓約為1700MJ/T渣，具有很高的回收價值，按我國每年生鐵產(chǎn)量4億噸計算，每年約產(chǎn)生I. 4億噸高爐渣，每年高爐渣帶走的熱量相當(dāng)于1130萬噸標(biāo)煤。雖然各國都在研發(fā)高爐渣的余熱回收裝置，但由于高爐排渣不連續(xù)，余熱回收難度大，工藝裝置復(fù)雜，至今尚未研發(fā)成功高爐渣的余熱回收裝置。
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我國目前多采用水沖渣等方法，回收高爐渣的余熱，產(chǎn)生80°C左右的熱水，用于冬季采暖，熱能利用率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高爐渣余熱發(fā)電裝置，克服了上述熱能利用率低的缺點(diǎn)，并且經(jīng)濟(jì)適用、技術(shù)可靠。高爐渣能自由流動的溫度為熔化性溫度，其溫度約為1360°C，在生產(chǎn)中高爐渣的溫度約 1500°C，具有一定的過熱度。本發(fā)明是在不影響高爐渣自由流動、不影響原來的水沖渣工藝條件的情況下，回收高爐渣過熱度的部分余熱，用來產(chǎn)生蒸汽并發(fā)電。本發(fā)明的高爐渣余熱發(fā)電裝置包括第一水泵I、熱水池2、第一換熱器3、熱水貯槽
4、第二水泵5、給水泵6、高壓氮?dú)庠?、第二換熱器8、高爐渣9、熱力除氧器10、高溫水貯罐11、第一閃蒸罐12、第二閃蒸罐13、汽輪機(jī)14、發(fā)電機(jī)15、凝汽器16、凝液泵17、冷卻塔18等。第一換熱器3浸沒在熱水池2中，第一水泵I將除鹽水送入第一換熱器3中進(jìn)行換熱，常溫的除鹽水溫度升高，流入熱水貯槽4中，第二水泵5的入口與位于熱水貯槽4下部的出口管用法蘭連接，第二水泵5的出口管與熱力除氧器10的入口管用法蘭相連，第二水泵5將熱水貯槽4中的熱水送入熱力除氧器10中進(jìn)行除氧，它們之間依靠法蘭連接。給水泵6與熱力除氧器10的出口管用法蘭連接，給水泵6將除氧水送入第二換熱器8中，在此除氧水吸收高爐渣9的輻射熱后成為高溫水，第二換熱器8放在高爐出鐵場的渣溝19上，由第二換熱器8排出的高溫水進(jìn)入高溫水貯罐11中，高溫水貯罐11置于渣溝19的上方。高壓氮?dú)庠?中的高壓氮?dú)庥霉艿琅c高溫水貯罐11的氣空間相連接。從高溫水貯罐11的出水管排出的高溫水進(jìn)入位于下方的第一閃蒸罐12中，在此高溫水進(jìn)行第一次閃蒸，其產(chǎn)生的第一次閃蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入汽輪機(jī)14的主蒸汽入口，第一閃蒸汽罐12中的飽和水則由位于其下方的排水口流出，經(jīng)管道流入第二閃蒸罐13的進(jìn)口管中，并在第二次閃蒸罐13中進(jìn)行第二次閃蒸，第二次閃蒸產(chǎn)生的閃蒸汽作為補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)14，由第二次閃蒸罐13下方排出的飽和水則作為熱源進(jìn)入除氧器的入口。第二次閃蒸罐13位于第一次閃蒸罐12的下方，凝汽器16位于汽輪機(jī)14的下方，用于冷凝從汽輪機(jī)排出的乏汽，由凝汽器16產(chǎn)生的冷凝水則由位于凝汽器16下方的凝液泵17送至第一換熱器3的入口與除鹽水17送至第一換熱器3的入口與除鹽水混合后進(jìn)入換熱器3中進(jìn)行換熱。冷卻塔18的冷卻水用于冷凝從汽輪機(jī)14排出的乏汽。發(fā)電機(jī)15將汽輪機(jī)14輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。圖I中涉及的設(shè)備與管道之間以及圖6中第二換熱器，各個單元之間均采用法蘭連接。本發(fā)明所述的第二換熱器8是由5 10個換熱器組合而成。本發(fā)明所述的第二換熱器8有兩種結(jié)構(gòu)形式，見圖2 圖5 :圖4為平板型，具有加工方便的特點(diǎn)；圖2為圓弧形，在單位長度上可以布置較多的換熱面積。本發(fā)明的工藝流程如下第一水泵I將常溫除鹽水經(jīng)過第一換熱器3與熱水池2中約80°C的沖渣水進(jìn)行熱交換，除鹽水被加熱到大約70°C后進(jìn)入熱水貯槽4中，再由第二水泵5送入除氧器10進(jìn)行除氧，經(jīng)過除氧的除鹽水由給水泵6加壓送入第二換熱器8中，除鹽水在第二換熱器8中吸·收高爐渣9的輻射熱后成為高溫水進(jìn)入高溫水貯罐11中，高壓氮?dú)庠?向高溫水貯罐11提供高壓氮?dú)?。除鹽水在第二換熱器8和高溫水貯罐11中均保持5°C 10°C的欠熱度，始終為液態(tài)。高溫除鹽水從高溫水貯罐11的下端進(jìn)入第一閃蒸罐12中進(jìn)行擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生壓力約I. OMPa的飽和蒸汽由第一閃蒸罐12的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)14的主蒸汽入口，第一閃蒸罐12中閃蒸后產(chǎn)生的壓力約I. OMPa的飽和水則由第一閃蒸罐12的下端進(jìn)入第一閃蒸罐13進(jìn)行第二次擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生低壓約0. 3MPa的飽和蒸汽由第二閃蒸罐13的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)14的補(bǔ)氣入口，在高低壓蒸汽的共同驅(qū)動下，汽輪機(jī)14帶動發(fā)電機(jī)15發(fā)電。第一閃蒸罐13中閃蒸后產(chǎn)生的壓力約0. 3MPa的飽和水由第二閃蒸罐13的下端進(jìn)入除氧器10中。汽輪機(jī)14出口的氣液兩相流入凝汽器16中被冷凝為水，并由凝液泵17送至第一換熱器3進(jìn)行換熱，冷卻塔18為凝汽器16提供冷卻水進(jìn)行冷凝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、積極效果如下I、利用第二換熱器8回收高爐渣9的輻射熱，使第二換熱器8出口處的高爐渣的溫度高于高爐渣9的熔化性溫度，從而不影響高爐渣的流動，不影響原來的水沖渣工藝。2、利用第一換熱器3將常溫除鹽水加熱，以回收熱水池中沖渣水的余熱。3、利用給水泵6給除鹽水加壓，使除鹽水在第二換熱器8中保持一定的欠熱度，并以液態(tài)進(jìn)入高溫水貯罐11中。4、由于高爐排出的高爐渣9是不連續(xù)的，導(dǎo)致高爐渣9的余熱回收也是不連續(xù)的。為了向汽輪機(jī)14提供連續(xù)的高低壓蒸汽，高溫水貯罐11為實(shí)現(xiàn)這一目的提供了保證。5、由于高爐渣9余熱回收是不連續(xù)的，在高溫水貯罐11中的高溫水的液位也是不穩(wěn)定的，為了保障高溫水貯罐11的高溫水保持一定的欠熱度，高壓氮?dú)庠?向高溫水貯罐11提供高壓氮?dú)?，使高溫水貯罐11中保持穩(wěn)定的壓力。6、第二換熱器8的兩種結(jié)構(gòu)形式，見圖2 圖5。7、在實(shí)際生產(chǎn)中高爐渣9的溫度是不穩(wěn)定的，第二換熱器8是由多個換熱器組合而成。在余熱回收過程中，應(yīng)視高爐渣9的溫度高低，通過調(diào)節(jié)第二換熱器8的組合方式進(jìn)行余熱回收。見圖6。8、對高爐渣9的余熱進(jìn)行梯級利用，提高了能源利用率。
當(dāng)高爐渣9的溫度符合設(shè)計溫度1450°C 1550°C時，閥門組Nl_Nn、Pl開啟，Ml-Mn, P2關(guān)閉，這時除鹽水在給水泵6作用下，經(jīng)過第二換熱器8各個單元進(jìn)行換熱后進(jìn)入高溫水貯罐11中。當(dāng)高爐渣9的溫度低于設(shè)計溫度時，閥門組則視高爐渣9的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如當(dāng)?shù)诙Q熱器8中的H3-Hn工作時，閥門組Ml、M3、N3、Nn、Pl開啟，其余關(guān)閉，這時除鹽水在經(jīng)過第二換熱器8中的H3-Hn單元換熱后進(jìn)入高溫水貯罐11中。余類推。


圖I為本發(fā)明的高爐渣余熱發(fā)電裝置的工藝流程圖。其中，第一水泵I、熱水池2、第一換熱器3、熱水貯槽4、第二水泵5、給水泵6、高壓氮?dú)庠?、第二換熱器8、高爐渣9、熱力除氧器10、高溫水貯罐11、第一閃蒸罐12、第二閃蒸罐13、汽輪機(jī)14、發(fā)電機(jī)15、凝汽器16、凝液泵17、冷卻塔18。圖2為第二換熱器8的一種結(jié)構(gòu)的主視圖。其中，第二換熱器8、高爐渣9、渣溝·19。圖3為第二換熱器8的一種結(jié)構(gòu)的俯視圖。其中，高爐渣9。圖4為第二換熱器8的另一種結(jié)構(gòu)的主視圖。其中，第二換熱器8、高爐渣9、渣溝19。圖5為第二換熱器8的另一種結(jié)構(gòu)的俯視圖。其中，高爐渣9。圖6為第二換熱器的組合方式示意圖。其中，熱水貯槽4、給水泵6、高爐渣9、高溫水貯罐11。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :如圖I所示，高爐渣余熱發(fā)電裝置包括第一水泵I、熱水池2、第一換熱器3、熱水貯槽4、第二水泵5、給水泵6、高壓氮?dú)庠?、第二換熱器8、高爐渣9、熱力除氧器10、高溫水貯罐11、第一閃蒸罐12、第二閃蒸罐13、汽輪機(jī)14、發(fā)電機(jī)15、凝汽器16、凝液泵17、冷卻塔18等構(gòu)成。具體工藝步驟及參數(shù)為 第一水泵I將常溫除鹽水經(jīng)過第一換熱器3與熱水池2中約80°C的沖渣水進(jìn)行熱交換，除鹽水被加熱到大約70°C后進(jìn)入熱水貯槽4中，再由第二水泵5送入除氧器10進(jìn)行除氧，經(jīng)過除氧的除鹽水由給水泵6加壓送入第二換熱器8中，除鹽水在第二換熱器8中吸收高爐渣9的輻射熱后成為高溫水進(jìn)入高溫水貯罐11中，高壓氮?dú)庠?向高溫水貯罐11提供高壓氮?dú)狻３}水在第二換熱器8和高溫水貯罐11中均保持5°C 10°C的欠熱度，始終為液態(tài)。高溫除鹽水從高溫水貯罐11的下端進(jìn)入第一閃蒸罐12中進(jìn)行擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生壓力約I. OMPa的飽和蒸汽由第一閃蒸罐12的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)14的主蒸汽入口，第一閃蒸罐12中閃蒸后產(chǎn)生的壓力約I. OMPa的飽和水則由第一閃蒸罐12的下端進(jìn)入第一閃蒸罐13進(jìn)行第二次擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生低壓約0. 3MPa的飽和蒸汽由第二閃蒸罐13的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)14的補(bǔ)氣入口，在高低壓蒸汽的共同驅(qū)動下，汽輪機(jī)14帶動發(fā)電機(jī)15發(fā)電。第一閃蒸罐13中閃蒸后產(chǎn)生的壓力約0. 3MPa的飽和水由第二閃蒸罐13的下端進(jìn)入除氧器10中。汽輪機(jī)14出口的氣液兩相流入凝汽器16中被冷凝為水，并由凝液泵17送至第一換熱器3進(jìn)行換熱，冷卻塔18為凝汽器16提供冷卻水進(jìn)行冷凝。·
權(quán)利要求
1.一種高爐渣余熱發(fā)電裝置，包括水泵、熱水池、換熱器、熱水貯槽、給水泵、高壓氮?dú)庠础⒏郀t渣、熱力除氧器、高溫水貯罐、閃蒸罐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器、凝液泵、冷卻塔；其特征在于，第一換熱器(3)浸沒在熱水池(2)中，第一水泵(I)將除鹽水送入第一換熱器(3)中進(jìn)行換熱，常溫的除鹽水溫度升高，流入熱水貯槽(4)中，第二水泵(5)的入口與位于熱水貯槽(4)下部的出口管用法蘭連接，第二水泵(5)的出口管與熱力除氧器(10)的入口管用法蘭相連，第二水泵(5)將熱水貯槽⑷中的熱水送入熱力除氧器(10)中進(jìn)行除氧，它們之間依靠法蘭連接；給水泵(6)與熱力除氧器(10)的出口管用法蘭連接，給水泵(6)將除氧水送入第二換熱器(8)中，在此除氧水吸收高爐渣(9)的輻射熱后成為高溫水，第二換熱器(8)放在高爐出鐵場的渣溝(19)上，由第二換熱器(8)排出的高溫水進(jìn)入高溫水貯罐(11)中，高溫水貯罐(11)置于渣溝(19)的上方；高壓氮?dú)庠?7)中的高壓氮?dú)庥霉艿琅c高溫水貯罐(11)的氣空間相連接；從高溫水貯罐(11)的出水管排出的高溫水進(jìn)入位于下方的第一閃蒸罐(12)中，在此高溫水進(jìn)行第一次閃蒸，其產(chǎn)生的第一次閃蒸汽經(jīng)管道進(jìn)入汽輪機(jī)(14)的主蒸汽入口，第一閃蒸汽罐(12)中的飽和水則由位于其下方的排水口流出，經(jīng)管道流入第二閃蒸罐(13)的進(jìn)口管中，并在第二次閃蒸罐(13)中進(jìn)行第二次閃蒸，第二次閃蒸產(chǎn)生的閃蒸汽作為補(bǔ)汽進(jìn)入汽輪機(jī)(14)，由第二次閃蒸罐(13)下方排出的飽和水則作為熱源進(jìn)入除氧器的入口 ；第二次閃蒸罐(13)位于第一次閃蒸罐(12)的下方，凝汽器(16)位于汽輪機(jī)(14)的下方，用于冷凝從汽輪機(jī)排出的乏汽，由凝汽器(16)產(chǎn)生的冷凝水則由位于凝汽器(16)下方的凝液泵(17)送至第一換熱器3的入口與除鹽水(17)送至第一換熱器(3)的入口與除鹽水混合后進(jìn)入換熱器(3)中進(jìn)行換熱。冷卻塔(18)的冷卻水用于冷凝從汽輪機(jī)(14)排出的乏汽；發(fā)電機(jī)(15)將汽輪機(jī)(14)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐渣余熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述的第二換熱器(8)是由5 10個換熱器組合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高爐渣余熱發(fā)電裝置，其特征在于，所述的第二換熱器(8)有兩種結(jié)構(gòu)形式一種為平板型；另一種為圓弧形，在單位長度上布置較多的換熱面積。
4.一種采用權(quán)要求I所述裝置的高爐渣余熱發(fā)電方法，其特征在于，工藝流程如下 第一水泵(I)將常溫除鹽水經(jīng)過第一換熱器(3)與熱水池(2)中約80°C的沖渣水進(jìn)行熱交換，除鹽水被加熱到大約70°C后進(jìn)入熱水貯槽(4)中，再由第二水泵(5)送入除氧器(10)進(jìn)行除氧，經(jīng)過除氧的除鹽水由給水泵(6)加壓送入第二換熱器(8)中，除鹽水在第二換熱器(8)中吸收高爐渣(9)的輻射熱后成為高溫水進(jìn)入高溫水貯罐(11)中，高壓氮?dú)庠?7 )向高溫水貯罐(11)提供高壓氮?dú)?；除鹽水在第二換熱器(8 )和高溫水貯罐(11)中均保持5°C 10°C的欠熱度，始終為液態(tài)； 高溫除鹽水從高溫水貯罐(11)的下端進(jìn)入第一閃蒸罐(12)中進(jìn)行擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生壓力約I. OMPa的飽和蒸汽由第一閃蒸罐(12)的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)(14)的主蒸汽入口，第一閃蒸罐(12)中閃蒸后產(chǎn)生的壓力I. OMPa的飽和水則由第一閃蒸罐(12)的下端進(jìn)入第一閃蒸罐(13)進(jìn)行第二次擴(kuò)容閃蒸，產(chǎn)生低壓O. 3MPa的飽和蒸汽由第二閃蒸罐(13)的上端經(jīng)管道送至汽輪機(jī)(14)的補(bǔ)氣入口，在高低壓蒸汽的共同驅(qū)動下，汽輪機(jī)(14)帶動發(fā)電機(jī)(15)發(fā)電；第一閃蒸罐(13)中閃蒸后產(chǎn)生的壓力O. 3MPa的飽和水由第二閃蒸罐(13)的下端進(jìn)入除氧器(10)中；汽輪機(jī)(14)出口的氣液兩相流入凝汽器(16)中被冷凝為水，并由凝液泵(17)送至第一換熱器(3)進(jìn)行換熱，冷卻塔(18)為凝汽器(16)提供冷卻水進(jìn)行冷凝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高爐渣余熱發(fā)電方法，其特征在于，當(dāng)高爐渣(9)的溫度符合設(shè)計溫度1450°C 1550°C時，閥門組Nl-Nn、Pl開啟，Ml_Mn、P2關(guān)閉，這時除鹽水在給水泵(6 )作用下，經(jīng)過第二換熱器(8 )各個單元進(jìn)行換熱后進(jìn)入高溫水貯罐(11)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高爐渣余熱發(fā)電方法，其特征在于，當(dāng)高爐渣(9)的溫度低于設(shè)計溫度時，閥門組則視高爐渣(9)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)?shù)诙Q熱器(8)中的H3-Hn工作時，閥門組M1、M3、N3、Nn、Pl開啟，其余關(guān)閉，這時除鹽水在經(jīng)過第二換熱器(8)中的H3_Hn單元換熱后進(jìn)入高溫水貯罐(11)中。
全文摘要
一種高爐渣余熱發(fā)電裝置及發(fā)電方法，屬于煉鐵高爐渣的余熱利用技術(shù)領(lǐng)域。該包括水泵、熱水池、換熱器、熱水貯槽、給水泵、高壓氮?dú)庠?、高爐渣、熱力除氧器、高溫水貯罐、閃蒸罐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器、凝液泵。在不影響高爐渣自由流動、不影響原來的水沖渣工藝條件的情況下，回收高爐渣過熱度的部分余熱，用來產(chǎn)生蒸汽并發(fā)電，經(jīng)濟(jì)適用、技術(shù)可靠。
文檔編號F22B1/04GK102787874SQ20121030717
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者劉庸, 呂新鵬, 張全申, 張福明, 李長興, 梁輝生, 田淑霞 申請人:北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司